[发明专利]石墨烯器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，更具体地说，涉及一种石墨烯器件及其制造方法。

背景技术

当前，针对前瞻性先导研究，国际上最关心的是11nm-16nm技术代以后，CMOS器件是否还能像现在这样仍基于硅半导体衬底。一个研究热点是开发新的具有更高载流子迁移率的材料体系和新的技术手段来进一步延展摩尔定律和超越硅CMOS(Beyond Si-CMOS)，推进集成电路技术的发展。

石墨烯材料以其优异的物理性质得到了广泛的关注，比如其高的载流子迁移率、高导电性能以及高导热性能等，是被人们很看好的一种碳基材料。虽然石墨烯材料展现出了很多优异的物理特性，但使其作为高迁移率沟道材料在CMOS器件中的应用并不成熟。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种石墨烯器件及其制造方法，自对准实现背栅结构的石墨烯器件。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种石墨烯器件的制造方法，包括：

提供衬底，所述衬底包括绝缘层以及其上的半导体层；

在所述半导体层中形成背栅极，以及在背栅极上形成栅介质层、在栅介质层上形成石墨烯层，以及在所述背栅极两侧形成与背栅极电连接的背栅接触层；

在所述背栅接触层上形成背栅接触塞，以及在所述背栅极上形成源漏接触塞。

可选地，在所述半导体层中形成背栅极，以及在背栅极上形成栅介质层、在栅介质层上形成石墨烯层，以及在所述背栅极两侧形成与背栅极电连接的接触层的步骤包括：

在所述半导体层上依次覆盖栅介质材料和石墨烯材料；

进行图案化，依次刻蚀石墨烯材料、栅介质材料以及部分厚度的半导体层，以分别形成石墨烯层、栅介质层及背栅极，其中，所述背栅极两侧的半导体层为与背栅极电连接的背栅接触层。

可选地，在形成石墨烯层、栅介质层及背栅极后，还包括步骤：在所述背栅极两侧半导体层中以及背栅极的侧壁上形成金属硅化物层，所述背栅极两侧的金属硅化物层为背栅接触层。

可选地，所述石墨烯层与栅介质层间具有BN层。

可选地，所述衬底为SOI衬底，所述半导体层为SOI衬底的顶层硅，所述绝缘层为SOI衬底的埋氧层。

此外，本发明还提供了上述方法形成的石墨烯器件，包括：

背栅极；

背栅极上栅介质层，以及栅介质层上的石墨烯层；

位于背栅极两侧与背栅极电连接的背栅接触层；

背栅接触层上的背栅接触塞，以及背栅极上的源漏接触塞。

可选地，所述背栅接触层为与背栅极一体的半导体层。

可选地，还包括：在所述背栅极的侧壁上的连接层，所述背栅接触层与所述连接层为连接一体的金属硅化物层。

可选地，还包括：位于所述石墨烯层与栅介质层间的BN层。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例的石墨烯器件及其制造方法，利用衬底中的半导体层形成背栅极，从而实现自对准地形成背栅结构的石墨烯器件，其制造方法简单，具有同现有CMOS工艺较好的兼容性。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为根据本发明的石墨烯器件的制造方法流程图；

图2-图8为本发明实施例一公开的石墨烯器件制造方法的剖面图；

图9-15为本发明实施例二公开的石墨烯器件制造方法的剖面图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。